3. Il calore dilata i corpi

L’apparecchio utilizzato nell’esperimento si chiama “anello di Gravesande” ed è costituito da un anello metallico e da una sfera dello stesso metallo sospesa a una catenella. Come osservi, la sfera passa perfettamente attraverso l’anello ( a ), ma dopo averla scaldata sulla fiamma di un fornelletto non passa più ( b ), ( c ). Se provi poi a immergerla nell’acqua fredda di un bicchiere, ti accorgerai che attraversa di nuovo l’anello ( d ).

La sfera riscaldata si è dilatata in modo uniforme in tutto il suo volume. Quando si raffredda si contrae, riducendo di nuovo il suo volume. Nei solidi la dilatazione termica avviene lungo ciascuna delle sue tre dimensioni nello spazio. Poiché nei solidi le molecole hanno una libertà di movimento minima, la dilatazione non è molto evidente, ma è un fenomeno di grande importanza soprattutto per chi progetta e costruisce ponti e ferrovie. Gli ingegneri prevedono infatti opportuni giunti di espansione che consentono alle strutture dei ponti e alle rotaie delle ferrovie di dilatarsi durante i mesi estivi, evitando che la dilatazione possa provocare pericolose deformazioni all’asfalto e alle rotaie.

Se ti è capitato di scaldare il latte per la colazione ti sarai accorto che, se ci si distrae e si dimentica il pentolino sul fuoco, improvvisamente il latte aumenta di volume e durante l’ebollizione può sbordare dalla pentola. Ciò accade perché il calore fa aumentare la velocità delle molecole del latte, che si dilata. Nei liquidi le molecole hanno una libertà di movimento maggiore che nei solidi, perciò si dilatano più facilmente e in maniera più evidente. Osserva la dilatazione termica dell’acqua: una beuta in pyrex, un particolare tipo di vetro resistente al calore, è stata riempita di acqua colorata e chiusa con un tappo forato in cui si inserisce un tubicino ( a ). L’acqua, messa sulla fiamma di un fornello, dopo alcuni minuti sale nel tubicino, perché riscaldandosi si dilata ( b ).

Sfruttando la dilatazione termica dei corpi si sono costruiti i termometri, gli strumenti per la misura della temperatura. Fino al 2009 il liquido più usato era il mercurio; da allora il mercurio, considerato gravemente dannoso per l’ambiente e per l’uomo, è stato sostituito da leghe di altri metalli. Molto usato è anche l’alcol. Anche i gas e i vapori si dilatano con il calore. Le molecole di un aeriforme hanno una grande libertà di movimento, perciò si dilatano in tutte le direzioni in modo ancora maggiore dei liquidi. Osserva la dilatazione termica dell’aria: un palloncino si applica a una beuta “piena” d’aria ( a ). Dopo aver scaldato l’aria per qualche minuto, il palloncino si gonfia segnalando la dilatazione dell’aria ( b ). Su questa dilatazione è basato il funzionamento della mongolfiera.